CN104439694B - Cvc轧辊光纤激光焦距实时控制毛化方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化方法及其装置，该方法通过实时调整采集的激光毛化头的出光口与轧辊表面的距离，使激光的焦距始终落在待加工轧辊的表面，保证轧辊表面所受的激光能量相同，从而提高轧辊辊面粗糙度的均匀性。该装置包括数控机床上可沿X轴方向移动的小托板，小托板上固定安装有支承平台，支承平台上设置有可沿X轴方向移动的工作滑台，工作滑台的一端设置驱动电机，工作滑台上设置有沿X轴方向发射激光的激光毛化头，激光毛化头上设置有距离传感器，支承平台上固定安装有驱动电机、焦距实时控制器和信号处理器。
Description
技术领域
本发明涉及轧辊表面毛化处理技术，具体地指一种CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化方法及其装置。
背景技术
钢板和带钢可以按要求随意剪切、焊接和铆接，也可以进行弯曲及冲压成型，所以在国民经济各部门中得到广泛应用。特别是汽车和家用电器工业的飞速发展，对板带的板形和平直度要求越来越高。
针对板带产品的板形和平直度，世界几个主要的工业发达国家均进行了长期的探讨和研究，先后开发了HC、CVC和UPC等技术。CVC技术在1984年首先由德国施罗曼·西马克公司推出，它以其独特之处在世界板带的热轧和冷轧领域里大显神通。目前，世界上已有100多架轧机使用了CVC设备和技术。实践证明，CVC板形控制技术对带钢凸度的控制效果十分明显，能生产出平坦的带钢，其具有轧辊等效凸度调节范围大，轧辊磨削和管理方便等优点，已在生产中充分体现出来。
CVC轧辊辊型为全波正弦曲线，近似瓶形，上下辊相同，装成一正一反，互为180°，构成S型辊缝。目前，CVC轧辊的激光毛化处理有两种方法，一种是采用测量工具测量出CVC辊的辊面曲线，将其编制到毛化加工程序中；另一种是直接采用平面辊的毛化工艺毛化。但是，这两种方法都存在缺陷：使用第一种方法毛化前，每根辊都要测量出辊面曲线，工作量很大；使用第二种方法毛化后，辊面的粗糙度会随辊面曲线而变化，粗糙度不够均匀。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种能对CVC轧机工作辊进行精确的毛化处理，使辊面粗糙度的均匀性得到提高的CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化方法及其装置。
为实现上述目的，本发明所设计的CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化方法，包括如下步骤：
1)将激光毛化头放置在与待加工轧辊的中心线垂直的方向上，使所述激光毛化头发射的激光照射在待加工轧辊的表面；
2)沿与待加工轧辊的中心线垂直的X轴方向调整所述激光毛化头的出光口与待加工轧辊间的距离S，直至所述激光毛化头所发射激光的焦距f落在待加工轧辊的表面，并记录当前的激光毛化头的出光口与待加工轧辊间的距离为定位距离S；
3)使待加工轧辊旋转，并使所述激光毛化头向待加工轧辊的表面发射激光，进行毛化。控制所述激光毛化头从待加工轧辊一端平行于轧辊中心线向另一端以设定的工艺速度移动；
4)沿轧辊的中心线垂直的X轴方向，实时调整所述激光毛化头的出光口与轧辊之间的实时距离S＇，以保持所述激光毛化头所发射激光的焦距f始终落在待加工轧辊的表面，直至所述激光毛化头到达轧辊的另一端，加工完成。
优选地，所述步骤4)的表面的具体步骤包括：
4.1)实时采集所述激光毛化头的出光口与待加工轧辊之间的距离S＇；
4.2)将所述实时距离S＇与定位距离S相比较；
4.3)自动调整实时距离S＇，使其始终满足S＇＝S。
优选地，所述步骤4.1)中，实时采集所述激光毛化头的出光口与待加工轧辊间之间距离S＇的采集频率为200～500次/秒。由于轧辊在作业时处于快速旋转中，高采集频率使激光毛化头对焦更准确。
优选地，所述步骤3)中，当轧辊直径为300mm到600mm，轧辊转速为250转/分钟时，控制所述激光毛化头从待加工轧辊一端向另一端的移动的速度为3.75～12.5毫米/分钟，速度为3.75毫米/分钟效果最佳。
本发明为实现上述工艺而设计的CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化装置，包括数控机床上可沿X轴方向移动的小托板，其特殊之处在于，所述小托板上固定安装有支承平台，所述支承平台上设置有可沿X轴方向移动的工作滑台，所述工作滑台的一端设置有控制其移动的驱动电机，所述工作滑台上设置有沿X轴方向发射激光的激光毛化头，所述激光毛化头上设置有距离传感器，所述距离传感器的输出端与信号处理器的输入端相连，所述信号处理器的输出端与焦距实时控制器的输入端相连，所述焦距实时控制器的输出端与驱动电机的控制端相连，所述驱动电机、焦距实时控制器和信号处理器均固定安装在支承平台上。
进一步地，所述工作滑台的定位精度为0.002～0.05毫米。所述工作滑台的初始定位精度为0.02mm，重复定位精度为0.003mm。
更进一步地，所述激光毛化头为400W～500W光纤激光器。
本发明的工作原理为：由于CVC轧辊辊面侧母线为曲线，进行毛化作业时，实时调整采集的激光毛化头沿X轴正或负方向的距离，使激光毛化头与待加工轧辊间的距离始终等于激光毛化头的焦距，保证轧辊辊面粗糙度的均匀性。
本发明的优点在于：采用本技术方案，可以省去测量CVC轧辊辊面侧母线的复杂工作，大幅提高CVC轧辊激光毛化处理的工作效率，同时避免了轧辊辊面粗糙度会随辊面侧母线而变化，粗糙度不够均匀的问题，提高了CVC轧辊的毛化质量。
附图说明
图1为本发明CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化装置的立体结构示意图。
图2为待加工CVC轧辊的结构示意图。
图3为激光毛化头与待加工CVC轧辊毛化距离示意图。
图中：激光毛化头1(其中：镜片1.1，出光口1.2)，工作滑台2，驱动电机3，支承平台4，焦距实时控制器5，信号处理器6，距离传感器7，小托板8，待加工轧辊9。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明的CVC轧辊光纤激光毛化焦距实时控制毛化装置，包括数控机床上可沿X轴方向移动的小托板8，小托板8固定在可沿Z轴方向移动的大托板上。小托板8上固定安装有支承平台4，支承平台4上设置有沿X轴方向移动的工作滑台2，工作滑台2的一端设置有控制其移动的驱动电机3，工作滑台2上设置有沿X轴方向发射激光的激光毛化头1，激光毛化头1上设置有距离传感器7，距离传感器7的输出端与信号处理器6的输入端相连，信号处理器6的输出端与焦距实时控制器5的输入端相连，焦距实时控制器5的输出端与驱动电机3的控制端相连，驱动电机3、焦距实时控制器5和信号处理器6均固定安装在支承平台4上。工作滑台2的初始定位精度是0.02mm，重复定位精度是0.003mm，不足部分采用数控系统补偿，以便保证毛化点间距的均匀性。工作滑台2沿X轴方向布置，通过驱动电机3驱动沿X轴正或负方向运动。激光加工头1安装在工作滑台2上，与待加工轧辊9的中心线垂直。激光加工头1与一台400W光纤激光器相连，光纤激光器通过无序板控制出光频率和占空比，可以达到激光无序毛化工艺的要求。距离传感器7采集激光毛化头1的出光口1.2与待加工轧辊9之间的距离信号值并传输至信号处理器6，信号处理器6将距离信号值传输至焦距实时控制器5，焦距实时控制器5根据距离信号值控制驱动电机3的输出。
附图2为CVC辊结构示意图，附图3为激光毛化距离示意图，以CVC辊面为S型、轧辊名义直径为a＝500mm为例，其最大辊径凸度为b＝500.4mm，最小辊径凸度为c＝499.8mm，曲面直径差为0.6mm。
上述CVC轧辊光纤激光毛化焦距实时控制毛化装置实现CVC轧辊光纤激光毛化加工的过程如下：
1)在进行毛化加工前，打开激光器红光，激光毛化头1发射出红色指示光，数控机床的大拖板移动Z轴移动，让激光毛化头1发出的红色指示光对准待加工轧辊9的毛化加工起始点A。
2)旋转待加工轧辊9，当旋转速度达到设定的转速时，关闭激光器红光，打开激光，调节焦距实时控制器5，控制驱动电机3，驱动工作滑台2沿X轴方向移动，调节激光毛化头1和待加工轧辊9之间的距离刚好为激光能量最大的位置，也就是激光毛化头1在待加工轧辊9上的聚焦点，记录当前的激光毛化头1的出光口1.2与待加工轧辊9间的距离为定位距离S。此时，如图3所示，激光毛化头1的出光口1.2与待加工轧辊9间的距离为激光毛化头1的焦距f，激光毛化头1的镜片1.1到出光口1.2的距离为固定距离L，则定位距离S+固定距离L＝焦距f，固定距离L在加工过程中值不变。这个过程称为毛化头对焦，并保存当前的激光毛化头1的出光口1.2与待加工轧辊9间的距离S。
3)对焦完成后，Z轴开始从毛化加工起始点A以设定的工艺速度向毛化加工终点B移动，此速度一般为3.75～12.5毫米/分钟。
4)沿与待加工轧辊9的中心线垂直的X轴方向实时调整所述激光毛化头1的出光口1.2与待加工轧辊9之间的实时距离S，以保持激光毛化头1所发射激光的焦距始终落在待加工轧辊9的表面，直至所述激光毛化头1到达待加工轧辊9另一端的毛化加工终点B。具体步骤包括：
4.1)位移传感器7实时采集激光毛化头1的出光口1.2与待加工轧辊9之间的实时距离S＇，并将采集到的距离信号发送至信号处理器6，信号处理器6将距离信号值传输至焦距实时控制器5。位移传感器7的采集频率为500次/秒。
4.2)焦距实时控制器5将激光毛化头1的出光口1.2与待加工轧辊9之间的实时距离S＇与定位距离S相比较。焦距实时控制器5根据此时激光毛化头1与待加工轧辊9之间的实时距离S＇计算出激光毛化头1的位移，使得位移后测得的S＇＝S。
4.3)沿与待加工轧辊9的中心线垂直的X轴方向调整所述激光毛化头1的出光口1.2与待加工轧辊间9之间的实时距离S＇，使其始终满足S＇＝S。焦距实时控制器5控制驱动电机3的输出，驱动电机3驱动工作滑台2沿X轴移动位移距离，此时激光毛化头1的出光口1.2与待加工轧辊9间的距离为定位距离S，从而激光毛化头1的焦距落在被加工轧辊的表面。
激光毛化头1从待加工轧辊9一端的毛化加工起始点A沿Z轴方向移动至待加工轧辊9另一端的毛化加工终点B，加工完成。
Claims (7)
1.一种CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化方法，其特征在于：它包括如下步骤：
1)将激光毛化头(1)放置在与待加工轧辊(9)的中心线垂直的方向上，使所述激光毛化头(1)发射的激光照向待加工轧辊(9)的表面；
2)沿与待加工轧辊(9)的中心线垂直的X轴方向调整所述激光毛化头(1)的出光口(1.2)与待加工轧辊(9)之间的距离，直至所述激光毛化头(1)所发射激光的聚焦点落在待加工轧辊(9)的表面，并记录当前的激光毛化头(1)的出光口(1.2)与待加工轧辊(9)间的距离为定位距离S；
3)使待加工轧辊(9)旋转，并使所述激光毛化头(1)向待加工轧辊(9)的表面发射激光进行毛化，控制所述激光毛化头(1)从待加工轧辊(9)一端的毛化加工起始点(A)沿与待加工轧辊(9)的中心线平行的Z轴方向以设定的工艺速度移动；
4)沿与待加工轧辊(9)的中心线垂直的X轴方向实时调整所述激光毛化头(1)的出光口(1.2)与待加工轧辊(9)之间的实时距离S＇，以保持所述激光毛化头(1)所发射激光的聚焦点始终落在待加工轧辊(9)的表面，直至所述激光毛化头(1)到达待加工轧辊(9)另一端的毛化加工终点(B)，加工完成；
其中，步骤4)具体包括：
4.1)实时采集所述激光毛化头(1)的出光口(1.2)与待加工轧辊(9)之间的距离，并记为实时距离S＇；
4.2)将所述激光毛化头(1)的出光口(1.2)与待加工轧辊(9)之间实时距离S＇与定位距离S相比较；
4.3)沿与待加工轧辊(9)的中心线垂直的X轴方向调整所述激光毛化头(1)的出光口(1.2)与待加工轧辊 (9)之间的实时距离 S＇，使其始终满足S＇＝S。
2.根据权利要求1所述的CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化方法，其特征在于：所述步骤4.1)中，实时采集所述激光毛化头(1)的出光口(1.2)与待加工轧辊(9)之间距离S＇的采集频率为200～500次/秒。
3.根据权利要求1或2所述的CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化方法，其特征在于：所述步骤3)中，控制所述激光毛化头(1)从待加工轧辊一端的毛化加工起始点(A)沿与待加工轧辊(9)的中心线平行的Z轴方向移动的速度为3.75～12.5毫米/分钟。
4.根据权利要求3所述的CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化方法，其特征在于：所述步骤3)中，控制所述激光毛化头(1)从待加工轧辊(9)一端的毛化加工起始点(A)沿与待加工轧辊(9)的中心线平行的Z轴方向移动的速度为3.75毫米/分钟。
5.一种为实现权利要求1所述方法而设计的CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化装置，包括数控机床上可沿X轴方向移动的小托板(8)，其特征在于：所述小托板(8)上固定安装有支承平台(4)，所述支承平台(4)上设置有可沿X轴方向移动的工作滑台(2)，所述工作滑台(2)的一端设置有控制其移动的驱动电机(3)，所述工作滑台(2)上设置有沿X轴方向发射激光的激光毛化头(1)，所述激光毛化头(1)上设置有距离传感器(7)，所述距离传感器(7)的输出端与信号处理器(6)的输入端相连，所述信号处理器(6)的输出端与焦距实时控制器(5)的输入端相连，所述焦距实时控制器(5)的输出端与驱动电机(3)的控制端相连，所述驱动电机(3)、焦距实时控制器(5)和信号处理器(6)均固定安装在支承平台(4)上；所述工作滑台(2)的定位精度为0.001～0.05毫米。
6.根据权利要求5所述的CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化装置，其特征在于：所述工作滑台(2)的初始定位精度为0.02mm，重复定位精度为0.003mm。
7.根据权利要求5所述的CVC轧辊光纤激光焦距实时控制毛化装置，其特征在于：所述激光毛化头(1)为400W～500W光纤激光器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170613 Address after: 430223 Industrial Zone, East Lake hi tech Development Zone, Hubei, Wuhan three Patentee after: WUHAN WISCO-HG LASER LARGE SCALE EQUIPMENT Co.,Ltd. Address before: 430080 Wuchang, Hubei Friendship Road, No. A, block, floor 999, 15 Patentee before: WUHAN IRON AND STEEL (GROUP) Corp. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160824 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |